无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术凭借其环境适应性强、灵活性好和可靠性高等优点已经被广泛应用于军事武器、工业设备和家用电器等领域。根据传能机理的不同,WPT技术主要分为电磁辐射式、超声波式、电场耦合式和磁场耦合式四种,其中,磁感应式无线电能传输（Inductive Power Transfer,IPT）技术凭借其较强的功率传输能力和较高的传输效率等优点得到了最为广泛的应用。IPT系统的转换效率是决定产品功率密度、成本和可靠性的关键指标,因此如何提高系统效率成为了一个极其重要的研究方向。本论文基于IPT技术,结合课题技术指标,确立了以实现高效率、高降压比及保证数据的同步传输的研究目标,从优化线圈传能效率、提高线圈设计自由度、优化线圈结构和减少无源元件角度展开了IPT系统的研究和设计。首先,将S/S、S/P、S/SP、LCL/S、LCC/S和LCC/LCC六种补偿网络的传输特性进行了分析对比。考虑到实现能量数据同步传输的应用需求,最终确定采用对高次谐波有较强抑制能力的LCC/LCC补偿拓扑。然而,为实现LCC/LCC拓扑的恒压输出,其补偿参数通常采用“QU法”进行设计,该设计方法对松耦合线圈的耦合系数有一定的约束,致使松耦合线圈的设计相对复杂。为此,本文以减小线圈损耗,提高线圈设计自由度为目标,提出了一种具有恒压输出特性的新型补偿参数计算方法“Z-M法”,并推导了谐振电压、电流应力与线圈参数的关系,为后续松耦合线圈的设计奠定了理论基础。然后,通过ANSYS MAXWELL有限元磁仿真软件,详细分析对比了平面方形、平面DD型与立体弧形DD型线圈的耦合特性以及空间占用情况,结合本课题特殊应用需求,最终确定采用耦合强度更高,占用空间更小的立体弧形DD型线圈结构,并根据谐振元件电压、电流应力以及对松耦合线圈耦合系数范围这三点为约束因素,对松耦合线圈的匝数进行了优化设计。最后,在实验室搭建了电压增益Gv=0.07,功率为400W及Gv=1,功率1k W的两台IPT系统原理样机,并分别采用“QU法”和“Z-M法”进行了补偿参数设计。通过两台不同电压增益,不同功率,以及分别采用两种补偿参数的对比实验,验证了基于LCC/LCC补偿拓扑的具有恒压输出特性的Z-M法,对提升IPT系统效率、线圈设计自由度的有效性,以及该算法在不同功率,不同电压增益范围下的广泛适用性。